Transcript Centraggio II

La determinazione della corretta
posizione del baricentro
Un metodo per il centraggio dinamico degli alianti di cui molti hanno sentito
parlare, ma che pochi sanno mettere correttamente in pratica.
Recentemente Gianni vetrini ha pescato
questo articolo a firma di W. Gerten su
FMT e, ritenendolo giustamente molto
interessante e utile, lo ha fatto tradurre.
Loris Kanneworff si è preoccupato poi di
farne un adattamento consono alla pubblicazione e noi ve lo proponiamo, nella
certezza di rendere un utile servizio ai
molti che, sull’argomento, hanno ancora
le idee un po’ confuse.
I
l centraggio dinamico degli alianti:
storia vecchia direte, l’abbiamo già
letta mille volte, cosa vuole ancora
questo qui? Semplicemente analizzare un
utilissimo metodo forse già noto ad alcuni, ma utilizzato correttamente da pochi.
❏ Zavorrare o non zavorrare?
Una volta si diceva; “Se l’aliante scampana è necessario mettere piombo davanti, ma se effettua una picchiata sempre
più accentuata, allora è necessario togliere piombo”. Indicazioni di questo tono si
trovano ancora nelle istruzioni di molte
scatole di montaggio. Da quando Helmut
Quabeck ha introdotto i suoi profili ad
inarcamento variabile ed ha illustrato un
nuovo metodo per la determinazione del
baricentro, la tecnica che chiameremo
“dell’affondata” è universalmente riconosciuta come la più precisa.
In parole povere, la prova viene effettuata così: l’aliante viene portato ad una
quota sufficiente e fatto volare con un
buon angolo di planata. Quindi si aumenta la velocità picchiando con decisione e,
dopo aver riportato lo stick dell’elevatore
al centro, si osserva il comportamento del
modello. Le conclusioni alle quali si
giunge applicando questa tecnica sono
diametralmente opposte a quelle indicate
in apertura. Infatti, se l’aliante parte decisamente in cabrata, ciò significa che il
baricentro è troppo avanzato ed è quindi
necessario togliere piombo dal naso.
Per converso, se il modello assume un
volo con traiettoria discendente o, addi-
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rittura, tende ad accentuare la picchiata,
allora il baricentro è troppo arretrato ed è
necessario aggiungere piombo davanti.
Questo, in buona sostanza, è il “metodo
dell’affondata”. L’effettiva contraddizione rispetto al metodo precedente è sbalorditiva. Tale divergenza è dovuta a mio
avviso all’interazione fra la posizione del
baricentro e il diedro longitudinale (differenza dell’angolo di calettamento tra la
corda della superficie alare e quella del
piano orizzontale), interazione che in
passato non era stata studiata sufficientemente poiché le condizioni degli alianti
erano sostanzialmente diverse, essendo
centrati principalmente per il volo lento.
Se osserviamo quanto avviene sul profilo
dell’ala in volo, sappiamo che:
1 - L’angolo di attacco del profilo aerodinamico, rispetto alla corrente, varia in
base alla velocità di volo.
2- Il centro di pressione, cioè il punto nel
quale risultano applicate le forze ascensionali, si trova in posizione avanzata con
angoli d’incidenza elevati e in posizione
arretrata con angoli d’incidenza minori.
3 - Il baricentro, indipendentemente da
ciò, si trova saldamente fissato in un punto ben determinato sotto il profilo dell’ala.
Se si regola mediante la variazione del
diedro longitudinale (ossia mediante la
regolazione dell’elevatore) un determinato angolo di attacco dell’ala, si posiziona
idealmente il baricentro nel corrispondente centro di pressione dell’ala. In questo modo si scarica l’impennaggio orizzontale ad un punto tale che questo non
deve più sopportare momenti aggiuntivi,
dovuti ad un errato posizionamento del
baricentro. Al contrario, maggiore è la distanza del baricentro dal centro di pressione, maggiori sono le forze che devono
essere compensate dall’impennaggio
orizzontale per mantenere l’ala nella posizione stabilita dal diedro longitudinale.
L’errore di posizionamento del baricentro può sovraccaricare l’impennaggio
orizzontale fino alla rottura dello stesso
anche per deportanza, ad esempio con il
baricentro molto avanzato e, contemporaneamente, il centro di pressione molto
arretrato nel volo veloce, quando il carico
ILLUSTRAZIONE SCHEMATICA
DEL "METODO DELL'AFFONDATA"
Tendenza
alla scampanata
Tendenza
alla rimessa
Tendenza
alla picchiata
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Volo in termica
ad elevato angolo d'attacco
e coefficiente di portanza
Cp 1,2
Volo veloce
a basso angolo d'attacco
e coefficiente di portanza
Cp 0,4
Cp 0,2
Cp 0,1
Cp 1,0
DISTRIBUZIONE DELLE PRESSIONI E DEPRESSIONI SU UN PROFILO AD UN DETERMINATO
ANGOLO D'ATTACCO E RELATIVO PUNTO D'APPLICAZIONE (schema indicativo).
sull’impennaggio orizzontale è comunque già molto grande. Il baricentro ha un
braccio di leva molto lungo rispetto al
centro di pressione, per cui accresce fortemente il carico sull’impennaggio orizzontale che continua a tentare di mantenere la superficie alare con l’angolo d’incidenza dato. Tornando alla prova in volo, ciò che dobbiamo tenere presente è
che il nostro aliante, a seconda del profilo
adottato, del corrispondente progetto e in
relazione all’angolo d’incidenza, ha un
campo di assetti di funzionamento. Tale
campo di assetti può essere molto ampio
con le corde alari maggiori e con i profili
più spessi, e può essere molto ristretto
con i profili sottili e le superfici alari
molto allungate. Per quanto riguarda il
diedro longitudinale e la posizione del
baricentro, possiamo fidarci solo delle indicazioni e delle dichiarazioni del produttore, poiché normalmente ignoriamo la
posizione esatta del centro di pressione
sulla nostra superficie alare. Se vogliamo
determinarli da soli, oppure ottimizzarli
secondo le nostre esigenze, è necessario
rilevare i due valori in maniera approssimativa; la determinazione esatta verrà effettuata con la prova in volo.
Per determinare il miglior angolo d’incidenza per il nostro profilo, il “metodo
dell’affondata” è certamente da preferire,
poiché mette alla prova, in primo luogo,
il diedro longitudinale e non la posizione
del baricentro. Quando il naso dell’aliante si avvicina (più o meno) alla posizione
di picchiata verticale, l’eventuale errore
di posizionamento del baricentro sarà attenuato dalla stabilità dinamica dato che
con l’aumento della velocità cresce anche l’importanza dell’effetto aerodinamico dell’angolo d’incidenza rispetto al baricentro. La gravitazione terrestre, percepibile nel baricentro del modello, non
agisce più, per questo breve periodo, lungo una linea diretta verso un punto sotto
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POSIZIONI DEL CENTRO DI PRESSIONE
SUL PROFILO A DIFFERENTI VELOCITA' DI VOLO (schema indicativo).
al profilo, ma lungo l’asse longitudinale
della fusoliera. Dopo tale effetto, le conseguenze del diedro longitudinale sono
riscontrabili tranquillamente nella traiettoria di volo, e cioè con momenti aggiuntivi causati dalla posizione del baricentro
(a condizione che ci sia velocità sufficiente). Se l’aliante risale immediatamente in verticale significa che c’è un forte
diedro longitudinale che in volo normale
è possibile mantenere, di solito, con una
traiettoria di volo più o meno armoniosa,
solo con un baricentro molto avanzato.
Si può immaginare quest’interazione come una bilancia: un forte diedro longitudinale, cioè una grande deportanza generata dall’impennaggio orizzontale viene
mantenuta in equilibrio da un baricentro
molto avanzato. Tale assetto, ovviamente, non è vietato, ma ha senso solamente
negli alianti o nei veleggiatori per volo di
sola durata in termica, con profili a forte
inarcamento che hanno il loro campo di
funzionamento ottimale con angoli d’incidenza molto elevati. In questo caso, il
centro di pressione è molto avanzato e
quindi è avanzato anche il baricentro
(max 26% della corda media) che per
quest’assetto di volo armonizza bene con
il forte diedro longitudinale.
Quindi, dopo aver osservato il comportamento della stabilità dinamica, non si potrebbe trarre, per un aliante di questo tipo, la conclusione che il baricentro sia
troppo avanzato. E’ giusto invece dedurre che dispone di un forte diedro longitudinale che si accorda con un centro di
pressione molto avanzato in tale campo
di portanza. Il baricentro, di conseguenza, è avanzato. Per un aliante di questo tipo utilizzerei il metodo tradizionale e
controllerei se tende a scampanare.
In questo caso dovranno essere corretti
entrambi i fattori (arretrare il baricentro e
ridurre il diedro longitudinale) per ottenere un assetto di buone prestazioni in un
campo abbastanza ampio. Comunque, i
veleggiatori per volo di durata in termica
tenderanno sempre al volo ondeggiante.
Chi intende utilizzare questi modelli dovrà sempre essere pronto a lavorare di
elevatore per smorzare le scampanate.
Se con il “metodo dell’affondata” per il
controllo della stabilità dinamica il nostro
aliante continua a dirigersi imperterrito
verso terra è possibile concludere, senza
ombra di dubbio, che il diedro longitudinale è insufficiente. Questa tendenza può
essere corretta con una cabrata, rendendo
quindi necessarie continue correzioni di
elevatore. Anche in questo caso non c’è
necessariamente un errore di centraggio,
ad esempio nel caso di alianti acrobatici
o da velocità, pilotati, preferibilmente,
con angoli d’incidenza molto bassi e senza momenti correttivi da parte dell’impennaggio orizzontale. Ad un centro di
pressione molto arretrato con ridotto diedro longitudinale, corrisponde un baricentro ancor più arretrato (fino al 43%
della corda media per i profili più versatili, a coefficiente di momento nullo, più
avanzato per i profili acrobatici con minimo spostamento del centro di pressione).
Se in tale aliante, con ridotto diedro longitudinale, il baricentro è troppo avanzato, la traiettoria sarà decisamente in picchiata. In linea di massima è possibile
adattare il proprio aliante all’assetto di
funzionamento preferito mediante la regolazione del diedro longitudinale e poi
ripristinare l’equilibrio tramite lo spostamento del baricentro, al fine di avvicinarlo il più possibile al centro di pressione
sul profilo. Tuttavia si dovrebbe controllare se all’assetto di funzionamento preferito corrispondano anche il profilo
adottato e il progetto del modello.
In altre parole, non ha molto senso provare in volo con il massimo angolo d’incidenza possibile un aliante F3B con
profilo RG15, poiché non è quello il suo
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campo d’impiego. Con tali modelli, dopo il controllo della stabilità dinamica, è
possibile abbinare un dolce arco di richiamata dopo l’affondata, con il migliore angolo di planata. Ma torniamo
alle indicazioni relative alla prova in volo menzionate all’inizio. Assegnerei, ad
entrambi i metodi e nonostante i risultati
diametralmente opposti, una parte di verità ed un peccato di omissione.
Infatti, con entrambe le teorie le condizioni di volo vengono diagnosticate correttamente, ma portano, se ci si arrabatta solo
intorno al baricentro, nient’altro che ad
una cura dei sintomi. Solo il quadro diagnostico completo, e cioè il baricentro, il
centro di pressione, il diedro longitudinale, l’angolo d’incidenza e il tipo di aliante,
consentono di giungere alla giusta terapia.
❏ Una regola d’uso generale
Presupponendo che l’aliante sia stato
messo a punto in modo da assumere, a
quota sufficiente, un buon angolo di
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planata ad una velocità superiore a
quella minima, ecco cosa accadrà in
condizioni ottimali applicando il “metodo dell’affondata”: l’aliante acrobatico continuerà il suo volo seguendo
una traiettoria in picchiata, l’aliante
“versatile” (“multi task”, come dicono
gli inglesi) si rimetterà dolcemente
per poi avviare una traiettoria leggermente in cabrata, l’aliante o il veleggiatore per volo da durata in termica
(con una corrispondente concezione di
progetto più spinta) potrà invece rimettersi più sollecitamente. In quest’ultimo caso però, se si esagera ci si
potrebbe ritrovare a combattere contro
la tendenza a scampanare.
❏ Promemoria
A) Un volo con incidenza troppo elevata oppure con diedro longitudinale
troppo grande provoca, a causa dell’
avanzamento del baricentro, una curva
di richiamata troppo forte.
B) Un volo con incidenza troppo bassa
(oppure diedro longitudinale ridotto) non
produce alcuna curva di richiamata, a
causa dell’arretramento del baricentro.
Si corregga di conseguenza.
Prima si è dato per scontato che i modelli in prova abbiano un sufficiente
rapporto volumetrico di coda.
Con ciò s’intende che le dimensioni e il
braccio di leva dell’impennaggio orizzontale corrispondano ai requisiti di stabilizzazione della geometria della superficie alare e del profilo. Una mancanza in
questo senso non consente di trarre conclusioni ragionevoli dal comportamento
dell’aliante poiché compaiono fenomeni
simili a quelli dell’errato diedro longitudinale. Tale disadattamento è facilmente
riconoscibile perché il modello, dopo un
assetto di volo cabrato, assunto involontariamente o provocato, riprende l’assetto
di volo normale con molta difficoltà o
non lo riprende affatto (le forze di stabilizzazione sono troppo deboli).
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